《GPS原理及其应用》习题集a答案.doc

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子午卫星系统的缺点

该系统卫星数目少，运行高度低，从地面站观测到卫星的时间间隔长，因而不能进行三维连续导航。

加之获得一次导航所需要的时间较长，所以难以充分满足军事导航的要求，从大地测量的角度来看，由于它的定位速度慢，精度较低，因此，该系统在大地测量学和动力学研究方面受到了极大限制。

GPS的基本组成

卫星星座，地面控制与监控站，用户设备3个部分

什么是标准定位服务？

提供C/A码（又称粗码）民用ＳＰＳ定位服务

ＧＰＳ信号接收机主要组成

主要由接收机硬件、数据处理软件以及微处理机及其终端设备组成（硬件包括主机、天线、电源。

软件部分主要是对数据处理的软件）

子午卫星系统与ＧＰＳ定位原理有何区别？

子午卫星系统是根据多普勒效应原理进行接收定位的，而ＧＰＳ定位则是以后方交汇原理进行测量。

名词解释：

天球：

是指以地球质心为中心、以无穷大为半径的一个假象球体。

赤经：

含天轴和春分点ｒ的天球子午面与过空间点ｓ的天球子午面之间的夹角。

赤纬：

为原点Ｏ至空间点Ｓ与天球赤道面之间的夹角。

黄道：

地球绕太阳公转的轨道面与天球相交的平面称为黄道面，相交的大圆称为黄道。

春分点：

黄道与天球赤道有两个交点，其中太阳的视位置由南向北通过赤道的交点为春分点。

岁差：

地球在太阳、月亮的万有引力和其他天体引力对地球隆起的部分的作用，地球自转轴方向不再保持不变，这使得春分点在黄道上产生缓慢的西移现象，这种现象称为岁差。

章动：

由于月球轨道和月地距离不断变化,地球自转轴所产生的一系列短周期变化被统称为章动

极移：

由于地球内部质量不均匀的影响，地球自转轴相对于地球体位置随时间而变化的现象

世界时：

以平子夜为零时起算的格林尼治平太阳时。

原子时：

原子时秒长：

位于海平面上的Cs133原子基态有2个超精细能级，在零磁场中跃迁辐射振荡9192631770周所持续的时间为1原子时秒。

而原子时的原点由式AT=UT2-0.0039（s）来确定，UT2为经过改正的世界时。

协调世界时：

一种以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种折中的时间系统。

儒略日：

是从公元前4713年儒略历1月1日格林尼治平正午起算的连续天数。

简述协议地球坐标系的定义

地球坐标系是以地球质心为坐标原点Ｏ，其Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平子午面与地球赤道的交点Ｅ，ｙ轴垂直于ＸＯＺ平面构成的右手坐标系。

　　　以协议地极为基准点的地球坐标系，称为协议地球坐标系。

赤纬与大地纬度有何区别

赤纬为原点至空间点的连线与天球赤道面之间的夹角　大地纬度为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角

赤经与大地经度有何区别

赤经为含天轴和春分点的天球子午面与过空间点的天球子午面之间的夹角　　大地经度为过地面点的椭球子午面与格林尼治平子午面之间的夹角。

什么是参心坐标系

先定义一个参考椭球，即选取一个参考椭球面作为基本参考面，选一参考点作为大地测量的起算点，并利用大地原点的天文观测量确定参考椭球在地球内部的位置和方位。

这种原点位于地球质心附近的坐标系，称为地球参心坐标系，简称参心坐标。

什么是GPS定位测量采用的时间系统？

它与协调世界时UTC有什么区别？

GPS定位中，采用专门为GPS建立的时间系统，该系统可简写为GPST，由GPS主控站的原子钟控制。

规定GPST与协调世界时的时刻于1980年1月6日0时相一致，其后随时间的积累，两者之间的差别将表现为秒的整数倍。

简述卫星大地测量的发展历史，并指出其各个发展阶段的特点。

试说明ＧＰＳ全球定位系统的组成。

卫星大地测量最初阶段人造地球卫星仅仅作为一种空间观测目标，由地面上的2个测站对卫星瞬间位置进行同步摄影观测，形成三角网，从而确定地面点位置，此方法称为卫星三角测量。

其特点是虽能实施大陆与海岛的联测定位，但难以实现远距离联测定位问题，定位精度不高。

更高级的阶段是子午卫星系统的问世，，它的问世是对导航定位技术的发展具有划时代的意义，其原理是多普勒效应原理。

但仍还有很大的局限性，该系统在大地测量学和地球动力学研究方面受到了极大的限制。

随后的就是现在的GPS系统。

GPS系统包括卫星星座，地面控制与监控站，用户设备3个部分。

世是测绘技术发展史上的一场革命？

1、测站间无需通视。

2、定位精度高。

3、观测时间短。

4、提供三维坐标。

5、仪器轻便、自动化程度高。

6、全天候作业。

因此，GPS定位技术的发展是对经典测量技术的一次重大突破。

简述ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、与ＮＡＶＳＡＴ三种卫星导航定位系统工作卫星的主要参数。

GPS卫星颗数21+3，轨道倾角55°，平均高度20183KM，运行周期11h58min，

GLON21+365°1910011h15min

NAVS12+663.45°2017811h58min

简述（历元）平天球坐标系、（观测）平天球坐标系以及瞬时极（真）天球坐标系之间差别。

（历元）平天球坐标系是以某时刻作为标准历元，或交协议天球坐标系。

（观测）平天球坐标系是观测时刻的天球坐标系，（观测）平天球坐标系转换成（历元）平天球坐标系需要岁差旋转。

而瞬时极（真）天球坐标系与（观测）平天球坐标系之间的区别是前者是后者章动旋转转换而来。

怎样进行岁差旋转与章动旋转？

它们有什么作用？

由于卫星和地面点分别属于不同的坐标系，要实现GPS卫星定位的目的，必须将卫星的天球坐标系统转化为地球坐标系。

而如何旋转则是通过两个旋转矩阵，

一个是章动旋转矩阵，一个是岁差旋转矩阵。

只有通过岁差、章动旋转才能将协议天球坐标系转换成瞬时天球

坐标系，这样才能转换成地球坐标系。

为什么要进行极移旋转？

怎么进行极移旋转？

想要将天球坐标系转换成地球坐标系必须进行章

动旋转、岁差旋转、极移旋转。

这样才能确定地

球表面的位置。

首先进行X轴上的旋转，使X轴与协议地球坐

标的X轴旋转，再进行Z轴上的旋转使Z轴重

合，再进行X轴旋转，使三个坐标轴重合，图

中的就使三个旋转矩阵。

试写出大地坐标到地心空间直角坐标系的转换过程。

大地坐标与空间直角坐标系它们的原点位置与坐标轴的指向一般都不相同。

存在一个旋转矩阵，R（w）=R3（wz）R2（wy）R1（wx）,这些旋转矩阵分别是Z轴，Y轴，X轴上的旋转矩阵。

而旋转循序则按它们的下标顺序旋转。

综述由（历元）平天球坐标系到协议地球坐标系的转换过程。

简述恒星时、真太阳时与平太阳时的定义。

恒星时是以春分点为参考点，由春分点的周日视运动所定义的时间。

以真太阳为参考建立起来的时间系统称为真太阳时。

一个平太阳以真太阳周年运动的平均速度在天球赤道上作周年运动，以平太阳为参考点，由平太阳的周日视运动所定义的时间系统为平太阳时系统。

在GPS定位测量，具有重要意义的时间系统主要有哪三种？

恒星时、原子时和力学时。

试描述GPS卫星正常轨道运动的开普勒三大定律。

第一定律：

卫星运动的轨道是一个椭圆，而该椭圆的一个焦点与地球的质心重合。

第二定律：

卫星的地心向径，即地球质心与卫星质心见的距离向量，在相同的时间内所扫过的面积相等。

第三定律：

卫星运行周期的平方，与轨道椭圆长半径的立方之比为一常量，而该常量等于地球引力的常数GM的倒数。

试画图并用文字说明开普勒轨道6参数。

a：

椭圆轨道的长半径

e：

椭圆轨道的偏心率

i：

椭圆轨道平面的倾角（轨道平面与地球赤道面的夹角）

Ω：

升交点的赤经，即在地球赤道平面上，升交点与春分点之间的家教。

ω：

椭圆轨道近地点角距,即在轨道平面，升交点与近地点之间的地心夹角。

f：

卫星的真近点角（与时间T有关），卫星与近地点之间的地心角距。

简述地球人造卫星轨道运动所受到的各种摄动力。

1、地球体的非球形及质量分布不均匀而引起的作用力，即地球的非中心引力。

2、太阳的引力和月球引力。

3、太阳的直接与间接辐射压力。

4、地球潮汐的作用力。

5、磁力等

地球引力场摄动力对卫星的轨道运动有什么影响？

1、引起轨道平面在空间的旋转，这一影响，使升交点沿地球赤道产生缓慢的推动，进而使升交点的赤经，产生周期性的变化。

2、引起近地点在轨道面内旋转。

引起卫星轨道近地点角距的缓慢变化。

3、引起平近点角的变化。

日、月引力对卫星的轨道运动有什么影响？

由于日月引力加速度引起的卫星轨道摄动，主要是长周期的。

对GPS卫星产生的摄动加速度约为0.000005，将可能使GPS卫星在3h的弧段上产生50——150m的位置偏差。

简述太阳光压产生的摄动力加速度，并说明它对卫星轨道运动有何影响？

太阳辐射压对球星GPS卫星所产生的摄动加速度，既与卫星、太阳和地球之间的相对位置有关，也与卫星表面的反射特性、卫星的截面积和质量比有关。

太阳光压对GPS卫星产生的摄动加速度约为10的—7次方的量级，将使卫星轨道在3h的弧段上产生5——10m的偏差。

综述考虑摄动力影响的GPS卫星轨道参数。

地球引力场摄动力影响的有升交点的赤经，近地点的角距，平近点角的变化。

由于日月引力加速度引起的卫星轨道摄动，主要是长周期的。

对GPS卫星产生的摄动加速度约为0.000005，将可能使GPS卫星在3h的弧段上产生50——150m的位置偏差。

太阳光压对GPS卫星产生的摄动加速度约为10的—7次方的量级，将使卫星轨道在3h的弧段上产生5——10m的偏差。

其他的摄动力的影响不明显，或者是以上摄动力的间接影响。

试写出计算GPS卫星瞬时位置的步骤

1、计算卫星运行的平均角速度

2、计算t时刻卫星的平近点角

3、计算偏近点角

4、计算真近点角

5、计算升交距角

6、计算卫星向径

7、计算摄动改正项

8、计算卫星在轨道平面坐标系中的位置

9、计算在地球坐标系中卫星的位置

码：

表达不同信息的二进制数及其组合。

码元：

码的度量单位，一位二进制数称1码元或1比特。

数码率：

二进制数字化信息的传输中，每秒传输的比特数，单位为BPS（bit/s）.。

自相关系数：

表示的是两个时间序列之间和同一个时间序列在任意两个不同时刻的取值之间的相关程度。

信号调制：

为了减少在传输时的耗损，人们一般是先对传输信号进行特殊处理，然后再传递。

把原始的待传信号托附到高频振荡的过程称为调制。

如p码与C码与载波的调制。

信号解调：

是信号调制的反过程，是将原始信号与高频震荡分离的过程。

遥测字：

每一子帧的第1个字，用作捕获导航电文的前导。

交接字：

每一子帧的第2个字，主要内容：

捕获P码的Z计数（从每周开始子夜零时起算的时间计数，表示下一子帧开始瞬间的GPS时，为实用方便一般为发播的子帧数1子帧/6s）。

数据龄期：

最近一次更新星历数据的时间。

时延差改正：

信号在卫星内部的时延。

传输参数：

它表示向非特许用户指明，当用该GPS卫星作为导航定位测量时，可能达到的测量精度。

试说明什么是伪随机噪声吗？

什么是随机噪声吗？

为随机噪声吗：

具有随机序列特性的非随机序列为伪随机序列。

不仅具有类似随机噪声码的良好自相关特性，而且具有确定的编码规则，周期性的且易复制。

随机噪声吗：

码元幅度的取值完全无规律的码序列，也称随机码序列。

C/A码和Ｐ码是怎么产生的？

C/A码：

2个10级反馈移位寄存器相组合产生，码长Nu=1010-1=1023。

P码：

2组各有2个12级反馈移位寄存器构成，码长Nu=2.35×1014（１０的１４此方）。

试述C/A码和Ｐ码的特点。

C/A码的码元宽度较大，测距误差2.9米（码宽293.1米），测量精度低，属于标准定位服务。

（民用）